电镜—能谱法研究超富集植物重金属微区分布的方法优化

摘要

超富集植物对过量的重金属表现出很高的耐性，在很高的浓度下仍然能够保持旺盛的生长，研究重金属在超富集植物的组织水平、细胞水平及亚细胞水平的分布状况，对于理解超富集植物对重金属的耐性和解毒机理有很大帮助。在研究重金属微区分布的方法中，电镜—能谱法是比较常用的一种，但不同样品的前处理过程和仪器观察方式都会对结果产生一定影响。本文利用扫描电镜—能谱法和透射电镜—能谱法，研究多重金属超富集植物长柔毛委陵菜（Potentilla griffithii）、圆锥南芥（Arabis paniculata）和东南景天（Sedum alfredii）中Zn、Cd、Pb的微区分布，重点比较了各种样品前处理方式及电镜能谱观察方法的优缺点，并对整个操作流程进行了优化。得到研究结果如下： 1）对扫描电镜制样方法进行探索，比较了含水样品直接冷冻干燥法和样品固定脱水后从有机溶剂中冷冻干燥法。发现直接冻干法虽然处理过程简单、快速，而且处理过程中重金属的重新分布较少，但由于疏松的植物材料在冻干的过程中其形态结构严重受损，对后续电镜的观察造成巨大影响。而后一种方法可使样品的形态结构可以得到很好保存，而且Na2S的预处理能有效沉淀固定样品中重金属避免其重新分布，再加上干燥前样品在液氮中进行冷冻切断获得未受干扰的新断面，可最大程度地降低前处理中细胞内物质的流失，保证了结果的可靠性。 2）通过对三种材料的根系和叶片的扫描电镜分析，对比二次电子成像技术、背散射电子成像技术和能谱的三种分析技术，发现背散射电子成像技术对样品的成分衬度比较大，可迅速直观地观察到重金属的可能分布位置，再结合能谱的点、线、面等分析，可以方便、准确、快速地确定重金属的微区分布情况。能谱分析中微区定点分析适合样品中小颗粒或局部微区域中元素组成成分的分析；而线扫描和面扫描方式进行的能谱分析可能得到元素的空间分布图，更适于组织水平上元素分布差异性的研究，但要求样品表面尽可能的平整而且目标元素含量尽可能的要高。 3）比较了透射电镜的几种样品前处理方式对重金属超微分布研究的优缺点，包括常规处理方法、硫化钠预处理法、不做电子染色的戊二醛单固定处理法、不做电子染色的戊二醛—OsO4处理法。结果表明，不做电子染色的戊二醛—OsO4处理法，在反差较弱的材料电镜下能够分辨得出植物组织细胞的细胞壁、液泡、叶绿体、线粒体等的细胞器结构，同时可以减少Pb、U染色后的污染问题及对目标重金属被Pb、U掩盖的问题，有利于进行能谱分析，因此适合于植物中重金属亚细胞水平定位的研究。 4）扫描电镜—能谱和透射电镜—能谱在重金属微区分布的定性和定量研究方面各有优势，扫描电镜下结合背散射电子图进行的点、线、面能谱分析可以给出样品中目标元素在组织水平的分布，而透射电镜—能谱可以提供重金属在样品亚细胞水平上的分布情况，同时透射电镜一个分析电子衍射的附件功能，可以对目标物进行晶体分析，分析金属离子在植物体内的物相结构。因此扫描电镜—能谱与透射电镜—能谱两者相结合，是研究超富集植物中重金属微区定位的一种比较好的方式。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1土壤污染的修复方法

1.2植物修复的类型

1.3超富集植物

1.4微区分布的研究方法及其优缺点

1.5本研究的内容、目的与意义

第二章材料与方法

2.1植物材料与重金属处理

2.2扫描电镜处理

2.3透射电镜

第三章实验结果与分析

3.1扫描电镜结果

3.2透射电镜结果

第四章讨论

4.1扫描电镜

4.2透射电镜

4.3扫描-能谱与透射-能谱方法的优缺点

第五章结论与展望

5.1本研究主要结论

5.2本研究创新点

5.3研究不足及展望

附录 文中出现的缩写词

参考文献

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致谢